CN110112850A - 电机转子、电机、压缩机和空调器 - Google Patents

电机转子、电机、压缩机和空调器 Download PDF

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CN110112850A CN201910469132.1A CN201910469132A CN110112850A CN 110112850 A CN110112850 A CN 110112850A CN 201910469132 A CN201910469132 A CN 201910469132A CN 110112850 A CN110112850 A CN 110112850A
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魏会军
万鹏凯
罗发游
吴飞
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Abstract

本申请提供一种电机转子、电机、压缩机和空调器。该电机转子包括沿周向排布的多个磁极，每个磁极均包括第一永磁体(1)和第二永磁体(2)，第一永磁体(1)位于电机d轴上，第二永磁体(2)位于电机q轴上，第一永磁体(1)径向充磁，第二永磁体(2)切向充磁，第一永磁体(1)的矫顽力温度系数αd大于第二永磁体(2)的矫顽力温度系数αq。根据本申请的电机转子，能够提高压缩机高频运行能力，同时不影响低频能效，提高整机能效比。

Description

电机转子、电机、压缩机和空调器
技术领域
本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种电机转子、电机、压缩机和空调器。
背景技术
内置式永磁同步电机具有体积小，效率高的特点，被广泛应用于空调压缩机中。由于永磁电机励磁不可调，其最高运行转速受到限制。随着空调系统对低温制热工况能力要求的提升，需要压缩机可稳定运行于更高转速，目前行业内采用的手段是降低压缩机电机的反电势，以满足更高转速要求，但带来的问题是低频能效降低，整机能效比下降。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机转子、电机、压缩机和空调器，能够提高压缩机高频运行能力，同时不影响低频能效，提高整机能效比。
为了解决上述问题，本申请提供一种电机转子，包括沿周向排布的多个磁极，每个磁极均包括第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体位于电机d轴上，第二永磁体位于电机q轴上，第一永磁体径向充磁，第二永磁体切向充磁，第一永磁体的矫顽力温度系数αd大于第二永磁体的矫顽力温度系数αq。
优选地，αd与αq之间的关系满足αd-αq≥0.5％/℃。
优选地，αd与αq之间的关系满足[(1+αq)*Hcq]/[(1+αd)*Hcd]≤0.9，其中Hcq为第二永磁体的常温矫顽力，Hcd为第一永磁体的常温矫顽力。
优选地，在电机转子的横截面上，第一永磁体的非磁化方向长度为Ld，第二永磁体的非磁化方向长度为Lq，Lq≥0.25*Ld。
优选地，在电机转子的横截面上，电机转子包括第一永磁槽和第二永磁槽，第二永磁槽沿周向方向延伸，且垂直于电机d轴，第二永磁体设置于第二永磁槽内。
优选地，多个第二永磁槽沿电机转子的周向依次排布，相邻的两个第二永磁槽首尾相接。
优选地，第一永磁槽沿电机q轴延伸，第一永磁体设置于第一永磁槽内，第一永磁槽的一端与第二永磁槽连通，另一端沿径向向外贯穿电机转子。
根据本申请的另一方面，提供了一种电机，包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。
根据本申请的另一方面，提供了一种压缩机，包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。
优选地，压缩机还包括排气侧高压腔，电机转子设置在排气侧高压腔内。
优选地，电机转子包括多种永磁体，至少一种永磁体的矫顽力温度系数为α，单位为％/℃，压缩机标准状况下运行时的最高排气温度为K，单位为℃，其中，α*(T-K)≥18％，其中T为压缩机低频运行时的最大排气温度。
优选地，压缩机最高排气温度大于或等于80℃。
根据本申请的再一方面，提供了一种空调器，包括电机转子7，该电机转子为上述的电机转子。
本申请提供的电机转子，包括沿周向排布的多个磁极，每个磁极均包括第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体位于电机d轴上，第二永磁体位于电机q轴上，第一永磁体径向充磁，第二永磁体切向充磁，第一永磁体的矫顽力温度系数αd大于第二永磁体的矫顽力温度系数αq。该电机转子的每个磁极中采用了至少两种永磁体，其中位于d轴上的永磁体的矫顽力温度系数αd大于位于q轴上的永磁体的矫顽力温度系数αq，其效果为温度越高，q轴电感较d轴电感增大越多，也就是q轴与d轴电感差值越大，电机弱磁能力增强，提高电机最高运行频率。由于压缩机内部为高温环境，且压缩机在越高转速工况下内部温度也越高。当压缩机低速运行时，内部温度相对较低，电机电感变化不大，低频性能不受影响，当压缩机高速运行时，内部温度较高，电机d、q轴电感发生变化，磁阻转矩增大，提高压缩机高速运行能力，进而提升压缩机整机能效水平。
附图说明
图1为本申请实施例的电机转子的结构示意图；
图2为本申请实施例的压缩机的结构示意图；
图3为本申请实施例的永磁体矫顽力变化对d、q轴电感的影响示意图。
附图标记表示为：
1、第一永磁体；2、第二永磁体；3、第一永磁槽；4、第二永磁槽；5、排气侧高压腔；6、转子铁芯；7、电机转子。
具体实施方式
结合参见图1至图2所示，根据本申请的实施例，电机转子包括沿周向排布的多个磁极，每个磁极均包括第一永磁体1和第二永磁体2，第一永磁体1位于电机d轴上，第二永磁体2位于电机q轴上，第一永磁体1径向充磁，第二永磁体2切向充磁，第一永磁体1的矫顽力温度系数αd大于第二永磁体2的矫顽力温度系数αq。
该电机转子的每个磁极中采用了至少两种永磁体，其中位于d轴上的永磁体的矫顽力温度系数αd大于位于q轴上的永磁体的矫顽力温度系数αq，其效果为温度越高，q轴电感较d轴电感增大越多，也就是q轴与d轴电感差值越大，电机弱磁能力增强，提高电机最高运行频率。由于压缩机内部为高温环境，且压缩机在越高转速工况下内部温度也越高。当压缩机低速运行时，内部温度相对较低，电机电感变化不大，低频性能不受影响，当压缩机高速运行时，内部温度较高，电机d、q轴电感发生变化，磁阻转矩增大，提高压缩机高速运行能力，进而提升压缩机整机能效水平。
优选地，αd与αq之间的关系满足αd-αq≥0.5％/℃。
由于矫顽力变化会影响磁路的磁阻，进而影响电感参数，当磁路中矫顽力降低时，磁路磁阻减小，电机电感增加，反之，当磁路中矫顽力增加时，磁路磁阻增加，电机电感减小。如图3所示，其中A为第一永磁体1的矫顽力变化对电机d、q轴的电感影响线条图，B为第二永磁体2的矫顽力变化对电机d、q轴的电感影响线条图。通过研究发现，第一永磁体1的矫顽力大小对d轴电感影响更大，第二永磁体2的矫顽力大小对q轴电感影响更大，设置αd-αq≥0.5％/℃，即第二永磁体2的矫顽力温度系数更低，有利于增加q轴电感，使q轴与d轴电感差值增大，产生更大的磁阻转矩，并且温度越高，q轴与d轴的电感差值越大，越有利于压缩机高温高频运行。
优选地，αd与αq之间的关系满足[(1+αq)*Hcq]/[(1+αd)*Hcd]≤0.9，其中Hcq为第二永磁体2的常温矫顽力，Hcd为第一永磁体1的常温矫顽力。此处的常温是指25℃。通过限定αd与αq的上述关系，能够使第二永磁体2的矫顽力比第一永磁体1的矫顽力低10％以上，q轴磁路的磁阻更低，q轴电感相应更大，使得q轴与d轴电感差值增大，产生更大的磁阻转矩。
在电机转子的横截面上，第一永磁体1的非磁化方向长度为Ld，第二永磁体2的非磁化方向长度为Lq，Lq≥0.25*Ld。根据分析，d、q轴上的永磁体的长度比例会影响矫顽力变化带来的电感变化，并且通过对比发现，随着Lq/Ld的比例增加，矫顽力对q轴电感的影响随之增加，而当Lq<0.25*Ld时，矫顽力变化对q轴电感的影响很小，难以充分发挥本专利优势，因此，通过限定Lq≥0.25*Ld，能够使得d、q轴上的永磁体的长度比例与本申请的上述结构更加匹配，更加一步提高压缩机高频运行能力，同时不影响低频能效，提高压缩机的运行能效。
在电机转子的横截面上，电机转子包括第一永磁槽3和第二永磁槽4，第二永磁槽4沿周向方向延伸，且垂直于电机d轴，第二永磁体2设置于第二永磁槽4内。
多个第二永磁槽4沿电机转子的周向依次排布，相邻的两个第二永磁槽4首尾相接，形成边数为偶数的正多边形。在本实施例中，多个第二永磁槽4围成正六边形。
第一永磁槽3沿电机q轴延伸，第一永磁体1设置于第一永磁槽3内，第一永磁槽3的一端与第二永磁槽4连通，另一端沿径向向外贯穿电机转子。
电机转子包括转子铁芯6，第一永磁槽3和第二永磁槽4均开设在转子铁芯6上。由于第一永磁槽3沿径向向外贯穿转子铁芯6，因此能够沿径向方向上形成隔离槽，将第一永磁槽3两侧的转子铁芯6完全隔开，从而避免发生漏磁现象，提高永磁体的出力，提高电机的工作性能。在其他的实施例中，也可以在第一永磁槽3的径向外边缘设置隔磁桥，从而对第一永磁体1在第一永磁槽3内的安装形成限位，同时增加转子铁芯6各个部分之间的连接强度。
上述的永磁体的材质例如为钕铁硼。
根据本申请的实施例，电机包括电机转子7，电机转子为上述的电机转子。
根据本申请的实施例，压缩机包括电机转子7，电机转子为上述的电机转子。
压缩机还包括排气侧高压腔5，电机转子设置在排气侧高压腔5内。压缩机的排气侧为高温侧，压缩机低频运行和高频运行过程中，排气侧的温差变化最明显，因此，将电机转子设置在排气侧高压腔5内，能够更加充分地利用压缩机排气侧的温度变化改变各永磁体的矫顽力，从而更加方便地有效地提高压缩机的高低频运行能效。
电机转子包括多种永磁体，至少一种永磁体的矫顽力温度系数为α，单位为％/℃，压缩机标准状况下运行时的最高排气温度为K，单位为℃，其中，α*(T-K)≥18％，其中T为压缩机低频运行时的最大排气温度，T＜K。此处的T例如为50℃。通常压缩机低频运行时排气温度在50℃左右，采用本申请方案，压缩机低频轻载运行时可主要利用永磁转矩，高频重载运行时，由于电感增加，电感差值也会相应增大，磁阻转矩得到利用，保证压缩机高、低频性能均较高。此处的T根据压缩机低频运行时的实际排气温度确定。
当永磁体为钕铁硼材料制成时，α为负值，而由于T小于K，因此两者的乘积为正值，保证了压缩机控制的稳定运行。
优选地，压缩机最高排气温度大于或等于80℃。当压缩机的最高排气温度大于或等于80℃时，采用本申请的上述电机转子结构，其效果更加明显，优势也更加突出。
根据本申请的实施例，空调器包括电机转子7，该电机转子7为上述的电机转子。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种电机转子，其特征在于，包括沿周向排布的多个磁极，每个磁极均包括第一永磁体(1)和第二永磁体(2)，所述第一永磁体(1)位于电机d轴上，所述第二永磁体(2)位于电机q轴上，所述第一永磁体(1)径向充磁，所述第二永磁体(2)切向充磁，所述第一永磁体(1)的矫顽力温度系数αd大于所述第二永磁体(2)的矫顽力温度系数αq。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，αd与αq之间的关系满足αd-αq≥0.5％/℃。
3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，αd与αq之间的关系满足[(1+αq)*Hcq]/[(1+αd)*Hcd]≤0.9，其中Hcq为第二永磁体(2)的常温矫顽力，Hcd为第一永磁体(1)的常温矫顽力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机转子，其特征在于，在电机转子的横截面上，所述第一永磁体(1)的非磁化方向长度为Ld，所述第二永磁体(2)的非磁化方向长度为Lq，Lq≥0.25*Ld。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电机转子，其特征在于，在电机转子的横截面上，所述电机转子包括第一永磁槽(3)和第二永磁槽(4)，所述第二永磁槽(4)沿周向方向延伸，且垂直于电机d轴，所述第二永磁体(2)设置于所述第二永磁槽(4)内。
6.根据权利要求5所述的电机转子，其特征在于，多个所述第二永磁槽(4)沿所述电机转子的周向依次排布，相邻的两个所述第二永磁槽(4)首尾相接。
7.根据权利要求5所述的电机转子，其特征在于，所述第一永磁槽(3)沿电机q轴延伸，所述第一永磁体(1)设置于所述第一永磁槽(3)内，所述第一永磁槽(3)的一端与所述第二永磁槽(4)连通，另一端沿径向向外贯穿所述电机转子。
8.一种电机，包括电机转子(7)，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至7中任一项所述的电机转子。
9.一种压缩机，包括电机转子(7)，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至7中任一项所述的电机转子。
10.根据权利要求9所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机还包括排气侧高压腔(5)，所述电机转子设置在所述排气侧高压腔(5)内。
11.根据权利要求10所述的压缩机，其特征在于，所述电机转子包括多种永磁体，至少一种永磁体的矫顽力温度系数为α，单位为％/℃，压缩机标准状况下运行时的最高排气温度为K，单位为℃，其中，α*(T-K)≥18％，其中T为压缩机低频运行时的最大排气温度。
12.根据权利要求11所述的压缩机，其特征在于，压缩机最高排气温度大于或等于80℃。
13.一种空调器，包括电机转子(7)，其特征在于，所述电机转子(7)为权利要求1至7中任一项所述的电机转子。
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